Day - 10

Liquefied Gas Handling Procedures Fourth Edition, Chapter - II Notes
Yeniden Sıvılaştırma (Reliquefaction) Nedir?

Yeniden Sıvılaştırma, depolama tankından buharlaşan gazın (Boil-Off Gas - BOG) tekrar sıvı faza dönüştürülmesidir.

  • Temel Fark: Bu iÅŸlem, gazın zaten bir kez sıvılaÅŸtırılmış olması ve sürecin sadece buharlaÅŸan gaz (boil-off) üzerinde gerçekleÅŸmesi dışında, temel sıvılaÅŸtırma ile aynıdır.
  • Ana Amaç: Gemi operasyonlarında IGC Kodu'nun gerekliliÄŸi olan yük basıncı ve sıcaklık kontrolünü etkin bir ÅŸekilde saÄŸlamaktır.
Gazın Sıvılaşma Prensibi

Bir gazın sıvılaşması, moleküllerinin birbirine yaklaştırılması ile başarılır.

  • Gaz molekülleri birbirinden uzaktır; sıvı molekülleri ise yoÄŸun ve yakındır.
  • Uygulanan Yöntemler: Gaz moleküllerini bir araya getirmek için iki temel yöntem kullanılır:
    1. Gaza uygulanan basıncı yükseltmek.
    2. Gazın sıcaklığını düşürmek.
  • Örnek: Normalde gaz halde bulunan oksijen bile, yeterli miktarda basınç ve soÄŸutma ile sıvıya dönüştürülebilir.
Kritik Termodinamik Sınırlar

Gazların sıvılaştırma yöntemlerini belirleyen iki hayati termodinamik eşik vardır: Kritik Sıcaklık ve Kritik Basınç.

  • Kritik Sıcaklık (): Bir gaza ne kadar yüksek basınç uygulanırsa uygulansın, bu sıcaklığın üzerinde asla sıvılaÅŸtırılamayacağı maksimum sıcaklık deÄŸeridir.
  • Kritik Basınç (): Gazın tam olarak kritik sıcaklıkta sıvılaÅŸması için gereken minimum basınç miktarıdır.
Gaz Kritik Sıcaklık () Kritik Basınç () Yorum
Karbondioksit Yüksek sayesinde nispeten kolay sıvılaştırma.
Nitrojen Zorlu kriyojenik sıvılaştırma (çok düşük ).
Gemi Üzerindeki Yeniden Sıvılaştırma Sistem Tipleri

Gaz taşıyıcı gemilerde, taşınan kargonun özelliğine ve IGC Kodu gerekliliklerine bağlı olarak üç ana sistem tipi kullanılır:

  1. Dolaylı Sistem (Indirect System): Yük buharı, sıkıştırılmadan harici bir soğutucu akışkan (refrigerant) ile ısı değiştirilerek yoğuşturulur.
  2. Doğrudan Sistem (Direct System): Buharlaşan gaz sıkıştırılır, yoğuşturulur ve doğrudan tanklara geri pompalanır.
  3. Kaskad Sistemi (Cascade System): Doğrudan sistemin bir varyantıdır. BOG sıkıştırılır, ancak yoğuşturma işlemi bir yük/soğutucu ısı eşanjörü içinde gerçekleştirilir. (IGC Kodu bu sistemi "birleşik (combined) sistem" olarak adlandırır.)
Dolaylı Çevrim Detayı (Indirect Cycle)

Dolaylı sistem, BOG'u yoğuşturmak için harici ve oldukça soğuk bir soğutma tesisi kullanımını zorunlu kılar.

  • Verimlilik: YoÄŸuÅŸturma verimi için çok düşük sıcaklıkta bir soÄŸutucu ve geniÅŸ yüzey alanına sahip ısı eÅŸanjörleri gereklidir.
  • Zorunluluk: IGC Kodu, belirli kimyasal yükler taşınırken ve Type 1G gemi tiplerinde bu sistemin kullanımını zorunlu tutabilir.

Pasted image 20251107215023.png

Doğrudan Çevrim (Direct Cycle)

Doğrudan Sistem, tanklardan gelen BOG'u alıp sıkıştırır, sıvılaştırır ve tanklara geri döndürür.

  • Basınç Kontrolü Mekanizması: Gazın sıkıştırılacağı basınç seviyesi, büyük ölçüde deniz suyu sıcaklığına baÄŸlıdır.
  • SoÄŸutma Etkisi: Sistem, dışarıdan tanka giren ısıyı sürekli dengeleyerek kargo sıcaklık ve basıncını düşürür; çalışma prensibi kargonun kendisinin çalışma akışkanı olduÄŸu bir ev tipi buzdolabına benzer.
Termodinamik Zorunluluklar: Isı Akışı ve Basınç
  • Isı GiriÅŸi: Kargo tankı ne kadar izoleli olursa olsun, dış ortamdan gelen ısı TermodinamiÄŸin İkinci Yasası gereÄŸi sisteme sürekli sızar.
  • BuharlaÅŸma ve Basınç: Giren bu ısı, sıvının gizli buharlaÅŸma ısısını aÅŸar ve basıncı yükselten BOG oluÅŸumuna neden olur.
  • Mollier Diyagramı: Tank basıncını sabit tutmak için sisteme giren ısı, sıvılaÅŸtırma çevrimi (özellikle kompresör) vasıtasıyla mutlaka dışarı atılmalıdır.
  • Joule-Thomson Etkisi: Kondensat, genleÅŸme valfinden geçerken entalpisi deÄŸiÅŸmeden sıcaklığı düşer, bu da soÄŸutma döngüsünün kritik bir soÄŸutma adımıdır.
Joule-Thomson Etkisi Detayları

Bu etki, gazın genleşmesi sırasında dışarıdan ısı transferi veya iş üretimi olmaksızın sıcaklığının değişmesini ifade eder.

  • Prensip: Normal gazlar (Hidrojen ve Helyum hariç) genleÅŸirken soÄŸur; bu, soÄŸutma sistemlerinde temel alınan bir fizik kuralıdır.
  • Gerçek SoÄŸutma: Yeniden sıvılaÅŸtırma çevriminin saÄŸladığı gerçek soÄŸutma, gazın yoÄŸuÅŸması, soÄŸutulması ve tanka geri dönüşü sırasında çekilen duyulur ve gizli (latent) ısı toplamından oluÅŸur.
Tek Aşama, Doğrudan Kargo Yeniden Sıvılaştırma Çevrimi Şeması

Pasted image 20251107215430.png

Doğrudan Çevrim – Kondansör ve Basma Basıncı

Sistemdeki ısı, kondansörde deniz suyu ile ısı değişimi yapılarak uzaklaştırılır.

  • Kompresör Basıncı: Deniz suyunun sıkıştırılmış gazı yoÄŸuÅŸturabilmesi için, suyun sıcaklığı gazın yoÄŸuÅŸma sıcaklığından düşük olmalıdır. Bu yoÄŸuÅŸma sıcaklığı ÅŸartı, kompresörün ulaÅŸması gereken basma basıncını (discharge pressure) doÄŸrudan belirleyen ana faktördür.
Effect of Cargo Composition on the Cargo Reliquefaction Cycle

Kimyasal hammadde yükleri, örneğin etilen ve propilen, genellikle çok saf bir şekilde taşınır; bu durum Mollier diyagramlarının kullanımını basitleştirir.
Ancak birçok yük, özellikle LPG, hidrokarbon karışımlarından oluşur. Bölüm 2.9.2’de tartışıldığı gibi, buharlaşan gaz sıvı faza göre daha uçucu bileşen açısından zengindir. Bu durum, yeniden sıvılaştırma tesisinin performansını etkiler.

Örneğin, soğutulmuş bir propan yükü sıvı fazında %4 (mol) etan içeriyorsa ve basınç 1.1 bara ise, faz diyagramı (Şekil 2.40) buharlaşan gazın %22 (mol) etan içerdiğini gösterir.

Bu bileşim, saf propan ile karşılaştırıldığında kompresörden geçen kütle akışını azaltır ve bu da sistemin soğutma kapasitesini düşürür. Daha yüksek etan içeriği ayrıca buharın yoğuşma basıncını artırır ve kompresör kapasitesini azaltır.

Bu nedenle, bir LPG yükündeki etan içeriği, yeniden sıvılaştırma tesisinin performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.

Cascade System for Cargo Reliquefaction

Eğer yükün kritik sıcaklığı deniz suyu sıcaklığının üzerindeyse, özellikle metan, etan ve etilen için olduğu gibi, yoğuşma için bir soğutucu kullanılması gerekir.

Kaskad sistemi, adından da anlaşılacağı üzere, ardışık olarak iki veya daha fazla buhar sıkıştırma çevrimi kullanır. Tek bir soğutucu ile kaskad çevrimin basitleştirilmiş diyagramı Şekil 2.43’te gösterilmiştir.

Yük buharının tek kademeli sıkıştırılması, tek kademeli doğrudan çevrim ile aynıdır, ancak yük kondansörü deniz suyu yerine bir soğutucu ile soğutulur. Kondensasyon sırasında yük, sıvı soğutucuyu buharlaştırır ve oluşan soğutucu buharı daha sonra geleneksel kapalı devre bir soğutma çevriminden geçirilir ve deniz suyuna karşı yoğuşturulur.

Kaskad çevrimler daha fazla makine gerektirir ve işletmesi daha karmaşıktır. Ancak soğutma işi kompresörler arasında bölünür ve yeniden sıvılaştırma çevriminin genel verimliliğini artırır.

Mollier diyagramları, tesisin nasıl çalıştığını göstermek için tekrar hazırlanabilir; bir diyagram yük çevrimini, diğer diyagram ise soğutma çevrimini temsil eder.

Pasted image 20251107220428.png